JP2013031855A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高圧で噴射された液柱によって、粘着シートに溝が形成されたり粘着シートが分断されてしまう恐れのないレーザ加工装置を提供することである。
【解決手段】 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と、加工ヘッドとを含み、該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザビームを集光する集光レンズと、被加工物に液体を噴射して、該集光レンズで集光されたレーザビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段とを有し、該レーザ加工装置は、被加工物と該加工ヘッドとの間で該液柱を所定のタイミングで遮る液体シャッターを形成するシャッター液を噴出するシャッター液噴出手段を具備したことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物に高圧の液体を噴射して液柱を形成するとともに、この液柱内を透過（導光）するレーザビームを被加工物に照射してレーザ加工を施すレーザ加工装置に関する。

半導体デバイス製造プロセスにおいては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿ってダイシングすることにより、個々の半導体デバイスを製造している。

近年半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、被加工物に形成されたストリートに沿ってパルスレーザビームを照射することにより被加工物にレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に沿って機械的ブレーキング装置によって被加工物を割断する方法が提案されている（例えば、特開平１０−３０５４２１号公報参照）。

レーザ加工装置を用いて半導体ウエーハのストリートに沿ってパルスレーザビームを照射することによりウエーハにレーザ加工溝を形成すると、ウエーハへのレーザビームの照射によりデブリが発生し、このデブリがデバイスの表面に付着してデバイスの品質を低下させるという問題がある。

従って、半導体ウエーハのストリートに沿ってレーザ加工溝を形成する際には、予め半導体ウエーハの表面に水溶性の保護被膜を被覆し、この保護被膜を通してレーザビームを照射するようにしているが、半導体ウエーハの表面に保護被膜を被覆する工程を追加しなければならず、生産性が悪い。また、半導体ウエーハにレーザビームを照射するとデバイスが加熱されるため、デバイスの品質を低下させるという問題もある。

そこで、レーザビームを照射することにより発生するデブリの影響を解消するとともに、被加工物の加熱を防ぐレーザ加工方法として、被加工物に高圧の水を噴射して水柱（液柱）を形成するとともに、この水柱内を透過（導光）させたレーザビームを被加工物に照射して、所望の加工を施すレーザ加工装置が提案されている（例えば、特公平２−１６２１号公報、特開２００１―３２１９７７号公報、特開２００６−２５５７６９号公報参照）。

これらのレーザ加工装置では、集光されたレーザビームを糸状の水柱を介して被加工物まで導くので、集光レンズの焦点位置に関係なくレーザ加工をすることができる。更に、レーザ加工時に発生する熱が水で冷却されるため、熱による被加工物の品質低下を防止できるというメリットがある。

特開平１０−３０５４２１号公報 特公平２−１６２１号公報 特開２００１―３２１９７７号公報 特開２００６−２５５７６９号公報

レーザビームを導光して被加工物に照射するためには、液柱は安定した状態に形成されている必要があるため、液柱を形成する液体は例えば数十ＭＰａ程度の高圧で噴出される。液柱を形成する液体が噴出された後、液柱が安定した状態になるまでにはしばらく時間がかかるため、被加工物の加工中は常時液体を噴出して安定した液柱を形成しておくことが望ましい。

ところが、レーザ加工時に被加工物の一端から他端までレーザビームを照射するには、被加工物から僅か外側にレーザ加工ヘッドがはみ出すようにレーザ加工ヘッドとチャックテーブルとを相対移動させる必要があり、高圧で噴出された液柱によって、被加工物が貼着された粘着シートに溝が形成されたり、粘着シートが分断されて破れてしまう恐れがあるという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高圧で噴射された液柱によって、粘着シートに溝が形成されたり粘着シートが分断されてしまう恐れのないレーザ加工装置を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と、加工ヘッドとを含み、該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザビームを集光する集光レンズと、被加工物に液体を噴射して、該集光レンズで集光されたレーザビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段とを有し、該レーザ加工装置は、被加工物と該加工ヘッドとの間で該液柱を所定のタイミングで遮る液体シャッターを形成するシャッター液を噴出するシャッター液噴出手段を具備したことを特徴とするレーザ加工装置が提供される。

好ましくは、レーザ加工装置は、シャッター液噴出手段に対向して配設されたシャッター液回収手段を更に具備している。

本発明のレーザ加工装置は、加工ヘッドと被加工物の間で液柱を遮る液体シャッターを形成するためのシャッター液噴出手段を備えているため、所定のタイミングで液体シャッターにより液柱を遮ることができ、液柱によって粘着シートに溝が形成されたり粘着シートが分断されてしまうことを防止できる。

シャッター液噴出手段に対向してシャッター液回収手段を設けることで、液体シャッターを形成した液体が装置内に飛散して加工ヘッドに付着することを防止できる。液体が加工ヘッドに付着すると、加工ヘッドから液体が滴下し、液柱を乱す恐れがある。

本発明実施形態に係るレーザ加工装置の斜視図である。 レーザビーム発生ユニットのブロック図である。 実施形態に係るレーザ加工装置の要部を示す一部断面側面図である。 粘着シート（ダイシングテープ）を介して環状フレームに支持された半導体ウエーハの斜視図である。 加工開始時の一部断面側面図である。 加工中の一部断面側面図である。 加工終了時の一部断面側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明実施形態のレーザ加工装置の外観斜視図が示されている。レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。

第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、即ちＸ軸方向に移動される。

第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。

第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持された半導体ウエーハをクランプするクランパ３０が設けられている。

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にレーザビーム照射ユニット３４が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット３４は、ケーシング３３中に収容された図４に示すレーザビーム発生ユニット３５と、ケーシング３３の先端に取り付けられた加工ヘッド３６とを含んでいる。

レーザビーム発生ユニット３５は、図２に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器６２と、繰り返し周波数設定手段６４と、パルス幅調整手段６６と、パワー調整手段６８とを含んでいる。特に図示しないが、レーザ発振器６２はブリュースター窓を有しており、レーザ発振器６２から出射するレーザビームは直線偏光のレーザビームである。

ケーシング３３の先端部には、加工ヘッド３６とＸ軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像ユニット３８が配設されている。撮像ユニット３８は、可視光によって半導体ウエーハの加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。

撮像ユニット３８は更に、半導体ウエーハに赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。

コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。

撮像ユニット３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。

ケーシング３３の先端には、撮像ユニット３８に隣接してシャッター液噴出ユニット７０が取り付けられている。図３に示されるように、シャッター液噴出ユニット７０は、シャッター液噴出口７１ａを有するパイプ７１と、パイプ７１が接続されたシャッター液供給源７２と、オン／オフ切替バルブ７３とから構成される。

加工ヘッド３６を挟んでシャッター液噴出ユニット７０の反対側にはシャッター液を回収するシャッター液回収ユニット７４が配設されている。シャッター液回収ユニット７４は、回収容器７６と、回収容器７６に接続されたフレキシブルなホース７８とから構成され、ホース７８は吸引源８０に接続されている。

レーザ加工装置２のレーザビーム照射ユニット３４は、レーザビーム発生ユニット３５と、加工ヘッド３６とから構成される。図３に示されるように、レーザビーム発生ユニット３５のパワー調整手段６８により所定パワーに調整されたパルスレーザビーム６９は、加工ヘッド３６のハウジング８２に形成されたビーム導入口８５から加工ヘッド３６内に導入される。

ハウジング８２内には、レーザビームを反射するミラー８４と、レーザビームを集光する集光レンズ８６が配設されている。ハウジング８２と一体的に液体噴射手段８８の液体室９２を画成する液体室ハウジング９４が形成されている。液体室ハウジング９４は、円筒状側壁９６と、該側壁９６の上面及び下面をそれぞれ閉塞する上壁９８及び下壁１００とから構成されている。

液体室ハウジング９６を構成する上壁９８には透明窓１０４が配設されている。液体室ハウジング９４を構成する下壁１００の中心部には、噴射ノズル１０６が形成されている。尚、噴射ノズル１０６の下端である噴射口１０６ａに、集光レンズ８６によって集光されるレーザビーム６９の集光点が位置づけられる。

側壁９６には液体室９２に開口する液体導入口１０２が形成されており、液体導入口１０２は高圧液供給源９０に接続されている。高圧液供給源９０から高圧液体が液体室９２内に供給されると、この高圧液体は噴射ノズル１０６の噴射口１０６ａから噴射されて液柱１０８を形成する。

液体室ハウジング９４の下端部には、エア導入ハウジング１１０が形成されている。エア導入ハウジング１１０は、液体室ハウジング９４の底壁１００に装着された円筒壁１１２と、円筒壁１１２の下端部に一体的に形成された環状底壁１１４と、環状底壁１１４の上端部に一体的に形成された内壁１１６とを含んでいる。内壁１１６の中心部に貫通穴１１８が形成されており、この貫通穴１１８中にパイプ１２０が圧入されている。

シャッター液噴出ユニット７０のパイプ７１はオン／オフ切替バルブ７３を介してシャッター液供給源７２に接続されている。シャッター液噴出ユニット７０のパイプ７１の内径、即ちシャッター液噴出口７１ａの直径はφ０．５ｍｍ程度に設定されている。

シャッター液噴出ユニット７０のパイプ７１は、噴出口７１ａがチャックテーブル２８に保持されたウエーハＷの上面から約３ｍｍの高さ、加工ヘッド３６から噴出される液柱１０８からＸ軸方向に約５ｍｍの位置となる様に配設されている。

また、オン／オフ切替バルブ７３から噴出口７１ａまでの距離は８ｃｍ、噴出水圧は７ＭＰａ、オン／オフ切替バルブ７３の開閉速度（切替速度）は０．３秒、液体シャッターのオン／オフ切替時間０．５秒に設定されている。

図４を参照すると、粘着シート（ダイシングテープ）Ｔを介して環状フレームＦに支持された半導体ウエーハＷの斜視図が示されている。ウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された各領域にデバイスＤが形成されている。

ウエーハＷは粘着シートであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、図１に示すチャックテーブル２８でダイシングテープＴを介してウエーハＷを吸引保持し、クランプ３０により環状フレームＦをクランプすることにより、チャックテーブル２８上に支持固定される。

半導体ウエーハＷをレーザ加工するに当たり、チャックテーブル２８に保持されたウエーハＷを撮像ユニット３８の直下に位置づけ、撮像ユニット３８でウエーハＷの加工領域を撮像して、よく知られたパターンマッチング等の方法によりターゲットパターンを検出し、加工すべき第１のストリートＳ１を加工ヘッド３６とＸ軸方向に整列させるアライメントを実施する。

次いで、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第１のストリートＳ１に直交する第２のストリートＳ２についても同様なアライメントを実施する。アライメントデータはコントローラ４０のＲＡＭ４６に格納する。

このアライメント実施時に、ウエーハＷの外周縁３点の座標を検出し、この３点の座標位置からウエーハＷの中心を検出する。これにより、ウエーハＷの外周と第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２との交点を求め、これらの交点の座標位置をコントローラ４０のＲＡＭ４６に格納する。

第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２のレーザ加工時には、ＲＡＭ４６に格納したウエーハＷの外周縁の座標に基づいて、シャッター液噴出ユニット７０のオン／オフ切替バルブ７３をコントローラ４０で制御する。

以下、このように構成されたレーザ加工装置２の作用について図５乃至図７を参照して説明する。まず、図５に示す加工開始時には、レーザビーム発生ユニット３５からのレーザビーム６９をＯＦＦ、液柱１０８をＯＮ、シャッター液噴出ユニット７０からの液体シャッター７５をＯＮとなるように制御する。

即ち、レーザビーム発生ユニット３５のレーザ発振器６２をＯＦＦ制御し、高圧液供給源９０から純水等の高圧液体を、液体噴射手段８８の液体室ハウジング９４に形成された液体導入口１０２から液体室９２内に導入し、液体室ハウジング９４の下壁１００に形成された噴射ノズル１０６から高圧液体を噴射して液柱１０８を形成する。この液柱１０８は、エア導入ハウジング１１０の内壁１１６の貫通穴１１８内に圧入されたパイプ１２０内を通過して噴射される。

このとき、シャッター液噴出ユニット７０のオン／オフ切替バルブ７３をオン制御し、シャッター液噴出ユニット７０の噴出口７１ａからシャッター液７５を噴出する。パイプ１２０から噴出される液柱１０８はこのシャッター液７５に遮られるため、ダイシングテープＴに届くことはなく、その結果ダイシングテープＴに液柱１０８により溝が形成されたり、液柱１０８によりダイシングテープＴが分断されたりすることがない。

液柱１０８を遮ったシャッター液７５はシャッター液回収ユニット７４の回収容器７６に回収され、ホース７８を介して吸引源８０に吸引される。矢印Ａは加工送り方向を示している。

チャックテーブル２８が矢印Ａ方向に加工送りされて、ウエーハＷの外周が液柱１０８の直下に位置付けられると、レーザビーム発生ユニット３５のレーザ発振器６２がＯＮとなり、パワー調整手段６８で所定パワーに調整されたレーザビーム６９が加工ヘッド３６のビーム導入口８５から加工ヘッド３６内に導入され、ミラー８４で反射されて集光レンズ８６で液体噴射手段８８の液体室ハウジング９４に形成された噴射ノズル１０６の噴射口１０６ａに集光される。

これと同時に、シャッター液噴出ユニット７０のオン／オフ切替バルブ７３はオフ制御され、噴出口７１からのシャッター液の噴出は停止される。よって、図６に示すように、集光レンズ８６で集光されたレーザビーム６９はパイプ１２０内を通過する液柱１０８に導光（案内）されて、そのビーム径が広がらずに加工点に照射されて第１のストリートＳ１に沿ってレーザ加工溝を形成する。即ち、レーザ加工中には、レーザビーム６９はＯＮ、液柱１０８はＯＮ、液体シャッター７３はＯＦＦとなる様に制御する。

チャックテーブル２８がＡ方向に加工送りされて、ウエーハＷの反対側の外周縁が液柱１０８を通過すると、図７に示すように、シャッター液噴出ユニット７０のオン／オフ切替バルブ７３がオン制御されて、パイプ７１の噴出口７１ａからシャッター液７５の噴出が開始され、液柱１０８がシャッター液７５により遮られる。

これと同時に、レーザビーム発生ユニット３５からのレーザビーム６９もＯＦＦとなる。即ち、レーザビーム発生ユニット３５のレーザ発振器６２の作動がＯＦＦとなる。液柱１０８の噴出は続行されるが、この液柱はシャッター液７５により遮られるため、液柱１０８によりダイシングテープＴが悪影響を受けることはない。

本実施形態では、レーザビーム６９、液柱１０８、シャッター液７５を上述したように制御して、ストリートピッチずつ割り出し送りしながら全ての第１のストリートＳ１に沿ってレーザ加工溝を形成する。

次いで、チャックテーブル２８を９０度回転してから、レーザビーム６９、液柱１０８、シャッター液７５を同様に制御しながら、全ての第２のストリートＳ２に沿ってレーザ加工溝を形成する。

以下の加工条件で厚さ２００μｍのダイシングテープＴに貼着された厚さ１００μｍのシリコンウエーハを加工した。

光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：５３２ｎｍ（ＹＡＧレーザの第２高調波）
平均出力 ：３０Ｗ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
液柱形成ノズル ：φ５０μｍ
液柱の水圧 ：３２ＭＰａ

加工送り速度を１０ｍｍ／ｓに設定したところ、ダイシングテープＴに溝が形成されることなく、テープ自体が分断されることもないことが確認された。また、加工送り速度１００ｍｍ／ｓに変更したところ、同様にダイシングテープＴに溝が形成されることがなく、テープ自体が分断されることもないことが確認された。

Ｗ 半導体ウエーハ
Ｔ ダイシングテープ
Ｆ 環状フレーム
２８ チャックテーブル
３５ レーザビーム発生ユニット
３６ 加工ヘッド
３８ 撮像ユニット
６９ レーザビーム
７０ シャッター液噴射ユニット
７１ シャッター液噴出口
７３ オン／オフ切替バルブ
７５ シャッター液
７４ シャッター液回収ユニット
１０８ 液柱

Claims (2)

1. 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、
   該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と、加工ヘッドとを含み、
   該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザビームを集光する集光レンズと、
   被加工物に液体を噴射して、該集光レンズで集光されたレーザビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段とを有し、
   該レーザ加工装置は、被加工物と該加工ヘッドとの間で該液柱を所定のタイミングで遮る液体シャッターを形成するシャッター液を噴出するシャッター液噴出手段を具備したことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記シャッター液噴出手段に対向して配設されたシャッター液回収手段を更に具備した請求項１記載のレーザ加工装置。

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